I. መግቢያ
Fractals በተለያየ ሚዛን ራሳቸውን የሚመስሉ ባህሪያትን የሚያሳዩ የሂሳብ ቁሶች ናቸው። ይህ ማለት የ fractal ቅርጽን ሲያሳድጉ / ሲያወጡ, እያንዳንዱ ክፍሎቹ ከጠቅላላው ጋር በጣም ተመሳሳይ ናቸው; ይኸውም ተመሳሳይ የጂኦሜትሪክ ንድፎች ወይም አወቃቀሮች በተለያዩ የማጉላት ደረጃዎች ይደግማሉ (በስእል 1 ላይ ያለውን የ fractal ምሳሌዎችን ይመልከቱ)። አብዛኞቹ ፍራክታሎች ውስብስብ፣ ዝርዝር እና ወሰን የሌላቸው ውስብስብ ቅርጾች አሏቸው።
ምስል 1
የፍራክታል ጽንሰ-ሀሳብ በሂሳብ ሊቅ ቤኖይት ቢ ማንደልብሮት በ 1970 ዎቹ አስተዋወቀ ፣ ምንም እንኳን የ fractal ጂኦሜትሪ አመጣጥ ከብዙ የሂሳብ ሊቃውንት ቀደም ሲል እንደ ካንቶር (1870) ፣ ቮን ኮች (1904) ፣ Sierpinski (1915) ጁሊያ (1918)፣ ፋቱ (1926) እና ሪቻርድሰን (1953)።
ቤኖይት ቢ. ማንደልብሮት እንደ ዛፎች፣ ተራራዎች እና የባህር ዳርቻዎች ያሉ ውስብስብ አወቃቀሮችን ለማስመሰል አዳዲስ የፍራክታል ዓይነቶችን በማስተዋወቅ በፍራክታል እና በተፈጥሮ መካከል ያለውን ግንኙነት አጥንቷል። በባህላዊ Euclidean ጂኦሜትሪ ሊመደቡ የማይችሉትን መደበኛ ያልሆኑ እና የተበታተኑ የጂኦሜትሪክ ቅርጾችን ለመግለጽ ከላቲን “fractus” ከሚለው ቃል “ፍራክታል” የሚለውን ቃል ፈጠረ፣ “የተሰበረ” ወይም “የተሰበረ” ማለትም የተሰበረ ወይም መደበኛ ያልሆኑ ቁርጥራጮችን ያቀፈ ነው። በተጨማሪም ፣ fractals ለማመንጨት እና ለማጥናት የሂሳብ ሞዴሎችን እና ስልተ ቀመሮችን አዘጋጅቷል ፣ይህም ታዋቂው ማንደልብሮት ስብስብ እንዲፈጠር ምክንያት ሆኗል ፣ይህም ምናልባት በጣም ዝነኛ እና ምስላዊ ማራኪ fractal ቅርፅ ውስብስብ እና ማለቂያ በሌለው ተደጋጋሚ ቅጦች (ምስል 1d ይመልከቱ)።
የማንዴልብሮት ስራ በሂሳብ ላይ ብቻ ሳይሆን በተለያዩ ዘርፎች እንደ ፊዚክስ፣ ኮምፒውተር ግራፊክስ፣ ባዮሎጂ፣ ኢኮኖሚክስ እና አርት የመሳሰሉ አፕሊኬሽኖች አሉት። እንደ እውነቱ ከሆነ፣ ውስብስብ እና ተመሳሳይ መዋቅሮችን በመቅረጽ እና በመወከል ችሎታቸው ምክንያት ፍራክታሎች በተለያዩ መስኮች ብዙ አዳዲስ አፕሊኬሽኖች አሏቸው። ለምሳሌ፣ በሚከተሉት የመተግበሪያ ቦታዎች ላይ በሰፊው ጥቅም ላይ ውለዋል፣ እነዚህም ለሰፊ አተገባበራቸው ጥቂት ምሳሌዎች ብቻ ናቸው።
1. የኮምፒዩተር ግራፊክስ እና አኒሜሽን, ተጨባጭ እና ምስላዊ ማራኪ የተፈጥሮ መልክዓ ምድሮችን, ዛፎችን, ደመናዎችን እና ሸካራዎችን መፍጠር;
2. የዲጂታል ፋይሎችን መጠን ለመቀነስ የውሂብ መጨመሪያ ቴክኖሎጂ;
3. የምስል እና የምልክት ማቀነባበር, ባህሪያትን ከምስሎች ማውጣት, ቅጦችን መለየት እና ውጤታማ የምስል መጨመቂያ እና የመልሶ ግንባታ ዘዴዎችን መስጠት;
4. ባዮሎጂ, የተክሎች እድገትን እና በአንጎል ውስጥ የነርቭ ሴሎች አደረጃጀትን የሚገልጽ;
5. የአንቴና ቲዎሪ እና ሜታሜትሪያል፣ የታመቀ/ባለብዙ ባንድ አንቴናዎችን እና ፈጠራ ያላቸው ሜታሶርፊሶችን በመንደፍ።
በአሁኑ ጊዜ ፍራክታል ጂኦሜትሪ በተለያዩ ሳይንሳዊ፣ ጥበባዊ እና ቴክኖሎጂያዊ ዘርፎች አዳዲስ እና አዳዲስ አጠቃቀሞችን ማግኘቱን ቀጥሏል።
በኤሌክትሮማግኔቲክ (ኤም) ቴክኖሎጂ፣ የፍራክታል ቅርፆች ዝቅተኛነት ለሚጠይቁ አፕሊኬሽኖች፣ ከአንቴናዎች እስከ ሜታ ማቴሪያሎች እና ፍሪኩዌንሲቭ ንጣፎች (FSS) በጣም ጠቃሚ ናቸው። በተለመደው አንቴናዎች ውስጥ fractal ጂኦሜትሪ በመጠቀም የኤሌክትሪክ ርዝመታቸው እንዲጨምር ስለሚያደርግ የማስተጋባት መዋቅር አጠቃላይ መጠን ይቀንሳል. በተጨማሪም, የ fractal ቅርጾችን እራስን መምሰል የባለብዙ-ባንድ ወይም የብሮድባንድ አስተጋባ መዋቅሮችን ለመገንዘብ ተስማሚ ያደርጋቸዋል. የፍራክታሎች ተፈጥሯዊ ጥቃቅን የማሳየት ችሎታዎች በተለይ አንጸባራቂዎችን፣ ደረጃቸውን የጠበቁ ድርድር አንቴናዎችን፣ ሜታሜትሪያል አምጪዎችን እና ለተለያዩ አፕሊኬሽኖች ሜታሳርፌስ ለመንደፍ ማራኪ ናቸው። እንደ እውነቱ ከሆነ፣ በጣም ትንሽ የድርድር አባሎችን መጠቀም በርካታ ጥቅሞችን ያስገኛል፣ ለምሳሌ የእርስ በርስ መጋጠሚያን መቀነስ ወይም በጣም ትንሽ በሆነ የንጥል ክፍተት ከድርድር ጋር መስራት መቻል፣ በዚህም ጥሩ የፍተሻ አፈጻጸም እና ከፍተኛ የማዕዘን መረጋጋትን ማረጋገጥ።
ከላይ በተጠቀሱት ምክንያቶች የፍራክታል አንቴናዎች እና ሜታዎች በቅርብ ዓመታት ውስጥ ብዙ ትኩረትን የሳቡትን በኤሌክትሮማግኔቲክ መስክ ውስጥ ሁለት አስደናቂ የምርምር ቦታዎችን ይወክላሉ. ሁለቱም ጽንሰ-ሀሳቦች ኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶችን ለመቆጣጠር እና ለመቆጣጠር ልዩ መንገዶችን ያቀርባሉ, በገመድ አልባ ግንኙነቶች, በራዳር ስርዓቶች እና በማስተዋል ውስጥ ሰፊ አፕሊኬሽኖች አሉት. የራሳቸው ተመሳሳይነት ያላቸው ባህሪያት እጅግ በጣም ጥሩ የኤሌክትሮማግኔቲክ ምላሽ ሲኖራቸው መጠናቸው አነስተኛ እንዲሆን ያስችላቸዋል. ይህ ውሱንነት በተለይ በቦታ በተገደቡ አፕሊኬሽኖች እንደ ሞባይል መሳሪያዎች፣ RFID መለያዎች እና የኤሮስፔስ ሲስተምስ ያሉ ጠቃሚ ነው።
የክፍልፋይ አንቴናዎችን እና ሜታሳውንሶችን መጠቀም የታመቁ እና ከፍተኛ አፈጻጸም ያላቸውን የተሻሻለ ተግባራትን ስለሚያስችሉ የሽቦ አልባ ግንኙነቶችን፣ ኢሜጂንግ እና ራዳር ሲስተሞችን በእጅጉ የማሻሻል አቅም አለው። በተጨማሪም ፍራክታል ጂኦሜትሪ በማይክሮዌቭ ሴንሰሮች ዲዛይን ላይ ለቁሳዊ ምርመራ ጥቅም ላይ እየዋለ ነው፣ ይህም በበርካታ ፍሪኩዌንሲ ባንዶች ውስጥ የመስራት ችሎታ እና አነስተኛ የመሆን ችሎታ ስላለው ነው። በእነዚህ አካባቢዎች ቀጣይነት ያለው ምርምር ሙሉ አቅማቸውን እውን ለማድረግ አዳዲስ ንድፎችን፣ ቁሳቁሶችን እና የማምረት ቴክኒኮችን ማሰስ ቀጥሏል።
ይህ ጽሁፍ የፍራክታል አንቴናዎችን እና የሜታሶርፌስን የምርምር እና የአተገባበር ሂደት ለመገምገም እና ያሉትን ጥቅማጥቅሞች እና ውሱንነቶች በማሳየት አሁን ያሉትን fractal-based አንቴናዎችን እና ሜታ ወለልዎችን ለማነፃፀር ያለመ ነው። በመጨረሻም፣ የፈጠራ አንጸባራቂዎች እና የሜታሜትሪያል ክፍሎች አጠቃላይ ትንታኔ ቀርቧል፣ እና የእነዚህ ኤሌክትሮማግኔቲክ መዋቅሮች ተግዳሮቶች እና የወደፊት እድገቶች ተብራርተዋል።
2. ፍራክታልአንቴናንጥረ ነገሮች
የ Fractals አጠቃላይ ጽንሰ-ሐሳብ ከተለመደው አንቴናዎች የተሻለ አፈፃፀም የሚሰጡ ልዩ አንቴናዎችን ለመንደፍ ሊያገለግል ይችላል። የፍራክታል አንቴና ንጥረ ነገሮች መጠናቸው የታመቀ እና ባለብዙ ባንድ እና/ወይም የብሮድባንድ ችሎታዎች ሊኖራቸው ይችላል።
የ fractal አንቴናዎች ንድፍ በአንቴና መዋቅር ውስጥ በተለያየ ሚዛን ላይ የተወሰኑ የጂኦሜትሪክ ንድፎችን መድገም ያካትታል. ይህ በራሱ ተመሳሳይነት ያለው ንድፍ የአንቴናውን አጠቃላይ ርዝመት በተወሰነ የአካል ክፍተት ውስጥ ለመጨመር ያስችለናል. በተጨማሪም የፍራክታል ራዲያተሮች ብዙ ባንዶችን ሊያገኙ ይችላሉ ምክንያቱም የአንቴናዎቹ የተለያዩ ክፍሎች በተለያየ ሚዛን እርስ በርስ ስለሚመሳሰሉ ነው. ስለዚህ, fractal አንቴና ንጥረ ነገሮች ከተለመዱት አንቴናዎች የበለጠ ሰፊ ድግግሞሽ ሽፋን በመስጠት, የታመቀ እና ባለብዙ ባንድ ሊሆኑ ይችላሉ.
የ fractal አንቴናዎች ጽንሰ-ሀሳብ በ 1980 ዎቹ መገባደጃ ላይ ሊገኝ ይችላል. እ.ኤ.አ. በ 1986 ኪም እና ጃጋርድ የ fractal ራስን መመሳሰል በአንቴና ድርድር ውህደት ውስጥ መተግበርን አሳይተዋል።
እ.ኤ.አ. በ 1988 የፊዚክስ ሊቅ ናታን ኮኸን የመጀመሪያውን የፍራክታል ንጥረ ነገር አንቴና ሠራ። ራሱን የሚመስለውን ጂኦሜትሪ ወደ አንቴና መዋቅር በማካተት አፈጻጸሙ እና አነስተኛ የመፍጠር አቅሙን ማሻሻል እንደሚቻል ሀሳብ አቅርቧል። እ.ኤ.አ. በ 1995 ኮኸን የ Fractal Antenna Systems Inc.ን በጋራ የተመሰረተ ሲሆን ይህም በዓለም የመጀመሪያውን የንግድ fractal-based አንቴና መፍትሄዎችን መስጠት ጀመረ ።
በ 1990 ዎቹ አጋማሽ, Puente et al. የሲየርፒንስኪ ሞኖፖል እና ዲፖል በመጠቀም የፍራክታሎች ባለብዙ ባንድ አቅም አሳይቷል።
ከኮኸን እና ፑንቴ ሥራ ጀምሮ የፍራክታል አንቴናዎች ተፈጥሯዊ ጥቅሞች በተመራማሪዎች እና በቴሌኮሙኒኬሽን መስክ መሐንዲሶች ከፍተኛ ፍላጎት እንዲኖራቸው አድርጓል ፣ ይህም የፍራክታል አንቴና ቴክኖሎጂን የበለጠ ማሰስ እና ልማትን አስገኝቷል።
በአሁኑ ጊዜ ፍራክታል አንቴናዎች በገመድ አልባ የመገናኛ ዘዴዎች ውስጥ ሞባይል ስልኮችን፣ ዋይ ፋይ ራውተሮችን እና የሳተላይት ግንኙነቶችን ጨምሮ በስፋት ጥቅም ላይ ይውላሉ። እንደ እውነቱ ከሆነ, fractal አንቴናዎች ትንሽ, ባለብዙ ባንድ እና ከፍተኛ ብቃት ያላቸው ናቸው, ይህም ለተለያዩ ሽቦ አልባ መሳሪያዎች እና አውታረ መረቦች ተስማሚ ያደርጋቸዋል.
የሚከተሉት አኃዞች በሥነ ጽሑፍ ውስጥ የተብራሩትን የተለያዩ አወቃቀሮችን ጥቂቶቹ ምሳሌዎች በሆኑት በሚታወቁ የ fractal ቅርጾች ላይ የተመሠረቱ አንዳንድ fractal አንቴናዎችን ያሳያሉ።
በተለይ ምስል 2a በ Puente ውስጥ የቀረበውን የ Sierpinski monopole ያሳያል፣ እሱም የብዝሃ-ባንድ አሰራርን ማቅረብ ይችላል። በስእል 1 ለ እና በስእል 2 ሀ ላይ እንደሚታየው የ Sierpinski ትሪያንግል ማዕከላዊውን የተገለበጠ ሶስት ማዕዘን ከዋናው ትሪያንግል በመቀነስ የተሰራ ነው። ይህ ሂደት ሶስት እኩል ትሪያንግሎችን በመዋቅሩ ላይ ያስቀምጣቸዋል, እያንዳንዳቸው ከመነሻው ትሪያንግል ግማሽ የጎን ርዝመት አላቸው (ምስል 1 ለ ይመልከቱ). ለቀሪዎቹ ትሪያንግሎች ተመሳሳይ የመቀነስ ሂደት ሊደገም ይችላል. ስለዚህ, እያንዳንዱ ሶስት ዋና ዋና ክፍሎቹ ከጠቅላላው ነገር ጋር በትክክል እኩል ናቸው, ነገር ግን በእጥፍ መጠን, ወዘተ. በእነዚህ ልዩ መመሳሰሎች ምክንያት Sierpinski የተለያዩ የአንቴናዎቹ ክፍሎች በተለያየ ሚዛን እርስ በርስ ስለሚመሳሰሉ ብዙ ድግግሞሽ ባንዶችን ሊያቀርብ ይችላል. በስእል 2 እንደሚታየው, የታቀደው የሲየርፒንስኪ ሞኖፖል በ 5 ባንዶች ውስጥ ይሰራል. በስእል 2 ሀ ውስጥ ያሉት እያንዳንዱ አምስቱ ንኡስ ጋስኬቶች (ክበብ አወቃቀሮች) የጠቅላላው መዋቅር የተመጣጠነ ስሪት በመሆኑ አምስት የተለያዩ የክወና ፍሪኩዌንሲ ባንዶችን እንደሚያቀርቡ በስእል 2 ለ ውስጥ ባለው የግብአት ነጸብራቅ ቅንጅት ላይ እንደሚታየው ማየት ይቻላል። በሥዕሉ ላይ ከእያንዳንዱ የፍሪኩዌንሲ ባንድ ጋር የተያያዙ ግቤቶችን ያሳያል፣ የፍሪኩዌንሲ እሴት fn (1 ≤ n ≤ 5) በሚለካው የግቤት መመለሻ ኪሳራ (Lr) ዝቅተኛው እሴት፣ አንጻራዊ ባንድዊድዝ (ስፋት) እና በመካከላቸው ያለው የድግግሞሽ ሬሾን ጨምሮ። ሁለት ተያያዥ ድግግሞሽ ባንዶች (δ = fn +1/fn)። ምስል 2b የሚያሳየው የሲየርፒንስኪ ሞኖፖሎች ባንዶች ሎጋሪዝም በየጊዜው በ 2 እጥፍ (δ ≅ 2) የተከፋፈሉ ሲሆን ይህም በ fractal ቅርጽ ውስጥ ባሉ ተመሳሳይ መዋቅሮች ውስጥ ካለው ተመሳሳይ የመጠን መለኪያ ጋር ይዛመዳል።
ምስል 2
ምስል 3a በ Koch fractal ከርቭ ላይ የተመሰረተ ትንሽ ረጅም የሽቦ አንቴና ያሳያል. ይህ አንቴና የተጠቆመው ትናንሽ አንቴናዎችን ለመንደፍ የፍራክታል ቅርጾችን ቦታ የመሙላት ባህሪያት እንዴት እንደሚጠቀሙ ለማሳየት ነው. እንዲያውም የአንቴናዎችን መጠን መቀነስ የብዙ አፕሊኬሽኖች በተለይም የሞባይል ተርሚናሎችን የሚያካትቱ የመጨረሻ ግብ ነው። የ Koch ሞኖፖል የተፈጠረው በስእል 3 ሀ ላይ የሚታየውን የፍራክታል ግንባታ ዘዴን በመጠቀም ነው። የመነሻ ድግግሞሽ K0 ቀጥተኛ ሞኖፖል ነው። የሚቀጥለው ድግግሞሽ K1 የሚገኘው ከ K0 ጋር ተመሳሳይነት ያለው ለውጥን በመተግበር ነው, ይህም በአንድ ሶስተኛ ማመጣጠን እና በ 0 °, 60 °, -60 ° እና 0 ° ማሽከርከርን ያካትታል. ተከታዩን ንጥረ ነገሮች ኪ (2 ≤ i ≤ 5) ለማግኘት ይህ ሂደት በተደጋጋሚ ይደገማል። ምስል 3a ባለ አምስት ድግግሞሽ የ Koch monopole (ማለትም K5) ቁመቱ h ከ 6 ሴ.ሜ ጋር እኩል ነው, ነገር ግን አጠቃላይ ርዝመቱ በቀመር l = h · (4/3) 5 = 25.3 ሴ.ሜ. ከኮክ ኩርባ የመጀመሪያዎቹ አምስት ድግግሞሾች ጋር የሚዛመዱ አምስት አንቴናዎች እውን ሆነዋል (ምስል 3 ሀ ይመልከቱ)። ሁለቱም ሙከራዎች እና መረጃዎች እንደሚያሳዩት Koch fractal monopole የባህላዊ ሞኖፖልን አፈፃፀም ሊያሻሽል ይችላል (ምስል 3 ለ ይመልከቱ)። ይህ የሚያሳየው ቀልጣፋ አፈጻጸምን እየጠበቁ ወደ ትናንሽ ጥራዞች እንዲገጣጠሙ የሚያስችላቸው የፍራክታል አንቴናዎችን "ትንሽ" ማድረግ ይቻል ይሆናል.
ምስል 3
ምስል 4a በ Cantor ስብስብ ላይ የተመሰረተ የፍራክታል አንቴና ያሳያል, እሱም ለኃይል ማሰባሰብ አፕሊኬሽኖች ሰፊ ባንድ አንቴና ለመንደፍ ያገለግላል. በርካታ ተያያዥ ሬዞናንስ የሚያስተዋውቁ የፍራክታል አንቴናዎች ልዩ ንብረት ከተለመደው አንቴናዎች የበለጠ ሰፊ የመተላለፊያ ይዘት ለማቅረብ ጥቅም ላይ ይውላል። በስእል 1 ሀ ላይ እንደሚታየው የ Cantor fractal ስብስብ ንድፍ በጣም ቀላል ነው-የመጀመሪያው ቀጥተኛ መስመር ይገለበጣል እና በሦስት እኩል ክፍሎች ይከፈላል, ማዕከላዊው ክፍል ይወገዳል; ተመሳሳይ ሂደት እንደገና በተፈጠሩት ክፍሎች ላይ ይተገበራል። የአንቴና የመተላለፊያ ይዘት (BW) 0.8–2.2 GHz እስኪደርስ ድረስ (ማለትም፣ 98% BW) እስኪደርስ ድረስ የ fractal ድግግሞሽ እርምጃዎች ይደጋገማሉ። ምስል 4 የተገነዘበውን የአንቴናውን ፕሮቶታይፕ (ምስል 4 ሀ) እና የግብአት ነጸብራቅ ቅንጅት (ምስል 4 ለ) ፎቶግራፍ ያሳያል።
ምስል 4
ምስል 5 በሂልበርት ከርቭ ላይ የተመሰረተ ሞኖፖል አንቴና፣ በማንዴልብሮት ላይ የተመሰረተ የማይክሮስትሪፕ ፕላስተር አንቴና እና የ Koch ደሴት (ወይም “የበረዶ ቅንጣት”) ፍራክታል ፓቼን ጨምሮ ስለ fractal አንቴናዎች ተጨማሪ ምሳሌዎችን ይሰጣል።
ምስል 5
በመጨረሻም፣ ስእል 6 የሲየርፒንስኪ ምንጣፍ ፕላን አራረይ፣ ካንቶር የቀለበት ድርድሮች፣ የካንቶር መስመራዊ ድርድሮች እና የፍራክታል ዛፎችን ጨምሮ የተለያዩ የስብርባሪዎች የድርድር ክፍሎችን ያሳያል። እነዚህ ዝግጅቶች አነስተኛ ድርድሮችን ለመፍጠር እና/ወይም የባለብዙ ባንድ አፈጻጸምን ለማሳካት ጠቃሚ ናቸው።
ምስል 6
ስለ አንቴናዎች የበለጠ ለማወቅ፣ እባክዎን ይጎብኙ፡-
የልጥፍ ሰዓት፡- ጁላይ-26-2024
